【GIS操作】使用ArcGIS Pro进行海图的地理配准(附:墨卡托投影对比解析)

文章目录

一、应用场景

地理配准是数字化之前必须进行的一项工作。扫描得到的地图数据通常不包含空间参考信息,需要通过具有较高位置精度的控制点 将这些数据匹配到用户指定的地理坐标系 中,使其具有正确的空间位置信息。

二、墨卡托投影

海图的地理配准需要使用墨卡托投影,这里区分一下几大墨卡托类型。

1、知识点

正轴墨卡托投影

轴向:竖轴等角切圆柱投影,地球的旋转轴与圆柱体平行。

特点:经线和纬线都是平行直线,且相交成直角,经线间隔相等,纬线间隔从基准纬线向两极逐渐增大。

适用场景:常用于航海图和航空图,因为循着正轴墨卡托投影图上两点间的直线航行,方向不变可以一直到达目的地。

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横轴墨卡托投影

轴向:横轴等角切圆柱投影,地球的旋转轴与圆柱体垂直。

特点:中央经线为直线且为投影的对称轴,角度无变形,面积变形较小。

适用场景:广泛应用于地形测绘和近海测绘。

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通用横轴墨卡托投影(UTM)

轴向:横轴等角割圆柱投影,地球的旋转轴与圆柱体垂直。

特点:中央经线比例因子为0.9996,两条割线就是等高圈,在等高圈以内的长度形变为负值,在等高圈以外的长度形变为正值,等高圈上没有形变。

适用场景:广泛用于地形图、卫星影像和自然资源数据库。

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Web墨卡托投影

轴向:伪墨卡托投影

特点:Web墨卡托投影是墨卡托投影的特例,采用了球体进行投影,便于计算机计算,保证了其为正方形。

适用场景:广泛应用于网络地图服务,如谷歌地图、百度地图等。

2、Arcgis中的坐标系选择

(1)正轴墨卡托投影:选择【Mercator(world)】,范围为(-180,180)(-90,90)全球。

(2)横轴墨卡托投影 (TM) :国外通常将高斯克吕格投影和横轴墨卡托投影等同, esri文档中,认为二者一致。因此坐标选择【Gauss Kruger】系列即可。


但在定义上,二者略有差别: (知道就行,用的时候没差)

关于高斯克吕格投影与横轴墨卡托投影的区别:

1、球面投影下,虽然公式推导方法不同,但是公式一致,在计算结果层面,可以认为是同一个投影

2、椭球面投影下,完全不一样,意义不一致,推导过程不一致,公式不一致,计算结果差距很小(几毫米差距1)。不能认为是同一种投影

参考链接:高斯克吕格投影与墨卡托投影(通用横轴墨卡托、web墨卡托等)

(3)通用横轴墨卡托投影(UTM):Arcgis坐标系中选择检索【UTM】,有单独的一个标签列,可以选择区域和带号.

(4)Web墨卡托投影: 很常见,不赘述,【WGS 1984 Web Mercator (auxiliary sphere)】

三、操作步骤

1、数据转换

我的地图的原始格式为 .pdf ,可以使用【格式工厂】or【Adobe Illustrator】将其转换为图片格式(因为Arcgis只能加载图片数据),转换完成后的到 .jpeg格式 的数据。

2、数据加载

新建工程,添加数据,选择需要配准的图片数据加载到地图。

新加载的数据没有空间信息,加载后选择【缩放至图层】,地图会自动定位到经纬度为(0,0)的坐标系原点。首先需要对其进行投影处理。

3、栅格投影

对于栅格数据而言,使用工具为【数据管理工具】-【投影和变换】-【栅格】-【投影栅格】。

输入栅格报错: 因为原图像无坐标系,会报错,这里随便定义一个坐标系就行,定义后报错就消失了,也不影响结果和原数据(不知道是不是个小bug)。

这里顺便修改一下图像格式为 .tif一个小细节为:生成tif文件需要储存到文件夹中,如果默认存在地理数据库中是不能保留扩展名的。

输出坐标系我们定义为【墨卡托投影】。由于海图为 竖轴投影 ,因此坐标系选择为【Mercator(world)】。

完成栅格投影后数据格式为tif,也有了对应了空间坐标系,但是此时其位置依然在坐标系原点。下一步进行地理配准。

4、地理配准

点击地理配准工具条,添加控制点,在地图上选择 格网交点 作为控制点的起点,缩放地图到对应的位置,以交点对应的 坐标 作为控制点的终点。


在缩放地图时候,若地图下方坐标系单位为m,则点击箭头,将其转换为度分秒即可。

选择终点时候,在地图上 右击鼠标 ,弹出目标坐标弹框,直接输入目标终点的经纬度,就不需要手动点选位置了!!

(这一点很方便之前我就傻乎乎的用手点QAQ)

重复以上选取控制点的步骤,我这里默认使用【一阶多项式(仿射)】三个控制点即可。不同变换方法要求的控制点数量不一致。

若当你打开【自动应用】按钮,完成一个控制点选择时候,图像就会跟着这个控制点移动。图形上经纬度准确,一般来说选择两个对角的控制点就可以基本配到正确的位置。

完成配准后一定要点击【保存】按钮,再点击【关闭地理配准】,这样才会将正确位置保留到新的图像中。(没保存成功就只能重复再来一遍了。。。)

保存后重新打开tif文件,即发现图像已经到了正确的位置上。就可以进行后续应用啦。

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